模块4 交流开关柜《城市轨道交通供变电技术》教学课件.pptx

《城市轨道交通供变电技术》;第X章XXXX;城市轨道交通供变电技术;一、电弧的形成

二、电弧的特点及危害

三、电弧的熄灭

四、交流电弧的特性和熄灭的条件

五、熄灭交流电弧的基本方法

;产生电弧的根本原因是开关触头在分断电流时，触头间电场强度很大，使触头本身的电子及触头周围介质中的电子被游离而形成电弧。电弧的温度极高，它是能发出强光、能导电近似于圆柱形的气体，电弧是电器设备开断过程中不可避免的现象。

产生电弧的游离方式：

(1)阴极在强电场作用下发射电子

开关电器的触头开始分离时，触头间隙很小，触头间会形成很高的电场强度。当电场强度超过一定值后，阴极触头表面的电子就会在强电场作用下被拉出，成为存在于触头间隙中的自由电子。这种现象称为强电场发射。

(2)阴极在高温下发生热电子发射

开关电器的触头是由金属材料制成的，在常温下，金属内部就存在大量的自由电子。当触头开始分离时，由于动静触头间的接触压力不断下降，接触面积不断减少，使接触电阻迅速增大，在电流的作用下接触处的温度急剧升高，在阴极

;上出现强烈的炽热点，从而有电子从阴极表面向四周发射，这种现象称为热电子发射。发射电子的多少与阴极材料及表面温度有关。

(3)弧柱区产生碰撞游离

从阴极表面发射出来的电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动。在运动过程中，质点就会在电场作用下获得能量，并不断地与其它质点发生碰撞，相互间就会发生能量的交换。当带电质点的运动速度足够高时，它的动能就可能超过原子或分子的游离能，当它和中性质点相碰撞时，就可能使束缚在原子内部的电子释放出来，形成新的自由电子和正离子，这种现象称为碰撞游离。

游离出来的正离子向阴极运动，速度很慢，而从阴极表面发射出来和碰撞游离出来的自由电子一起以极高的速度向阳极运动；当它们与其他中性质点碰撞时，又会再次发生碰撞游离。碰撞游离连续进行的结果就会使触头间充满自由电子和正离子，具有很大的电导。在外加电压作用下，带电粒子作定向运动形成电流，使介质被击穿而形成电弧??

;(4)弧柱区产生热游离

电弧形成后，弧隙的温度极高，处于高温下的中性质点由于高温而产生强烈的热运动。当那些具有足够动能的中性质点互相碰撞时，又可游离出自由电子和正离子，这种现象称为热游离。热游离也会产生大量的带电粒子，因此，电弧形成后维持电弧稳定燃烧的电压不需要很高，热游离足以维持电弧的燃烧。

断路器断开过程中电弧是这样形成的：触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的主要因素，因此，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。

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第一节电弧理论

;电弧的危害：

当开关电器的触头间发生电弧时，它的存在延长了电器开断故障电路的时间，加重了系统短路故障的危害；电弧产生的高温，将使触头表面熔化和汽化，烧坏绝缘材料，对充油电器设备还可能引起着火、爆炸等危险；由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和伤人或引起事故的扩大；

在最严重情况下甚至可能引起相间短路,或使开关电器爆炸，形成火灾，影响电力系统安全运行。;

第一节电弧理论

;(1)电弧温度?

电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，减少新的带电质点的的产生。同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。?

(2)介质的特性?

这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。若这些参数值大，则去游离过程就越强，电弧就越容易熄灭。??

(3)气体介质的压力?

气体的压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭。?

(4)触头材料?

当触头采用熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。?

除了上述因素以外，去游离还受电场电压等因素的影响。

;交流电弧的电流变化速度很快，不可能建立稳定平衡状态，因此它伏安特性具有动态特性，如图4.1（a）所示。交流电流每半个周期经过一次零值，称为自然过零。电流过零时，交流电弧电流通过零点时，由于电源停止供给电弧能量，热游离迅速下降，电弧自动熄灭。如果电弧是稳定燃烧的，则电弧电流过零熄灭后，在另半周又会重新燃烧。如果电弧过零后，电弧不发生重燃，电弧就会熄灭。

由电流的波形及伏安特性，得到的电弧电压随时间的变化波形呈马鞍形，电流小时，电弧电压高，电